一、强度

一、强度

材料在力的作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。金属材料的强度按受力类型，分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。在机械制造中常通过拉伸试验测定材料的屈服强度和抗拉强度，作为金属材料强度的主要判据。

1.拉伸试样

按国家标准，拉伸试样的形状与尺寸取决于被测试金属产品的形状和尺寸，试样的横截面可以为圆形、矩形、多边形、环形等。其中常用的圆形拉伸试样如图1-1所示。图1-1中试样的原始标距长度（L₀）与原始直径（d₀）一般应符合一定的比例关系，国际上常用的是L₀/d₀=5（短试样），原始标距长度不小于15mm。当试样横截面积太小时，可采用L₀/d₀=10（长试样），或采用非比例试样。

图1-1 圆形拉伸试样

2.拉伸曲线

拉伸试验中记录的拉伸力F与伸长量ΔL（某一拉伸力时试样的标距长度与原始标距长度的差，ΔL=L_u-L₀）的关系曲线称为拉伸曲线，如图1-2所示。

图1-2a所示为低碳钢的拉伸曲线，拉伸过程分为以下几个阶段：

1）Oe为弹性变形阶段，试样的伸长量与拉伸力成正比，若此时卸去载荷，试样能恢复原状。

2）e点以后，开始塑性变形，到达s点后出现水平或锯齿形线段，这种现象称为屈服。此时拉伸力不变或略有变化，而试样继续伸长变形。

图1-2 拉伸曲线

a）低碳钢拉伸曲线 b）铸铁拉伸曲线

3）随后为强化阶段，拉伸力随着伸长量的增加而增加，试样产生均匀的塑性变形，并出现了强化。

4）b点为试样能承受的最大载荷，此时试样局部横截面缩小，出现缩颈现象，变形主要集中在缩颈处，直至试样被拉断。

工程上使用的多数材料拉伸时没有明显的屈服现象，而有些脆性材料不仅没有屈服现象，也不产生缩颈，如图1-2b所示的铸铁的拉伸曲线。

按GB/T 228.1—2010金属材料室温拉伸试验方法，材料的强度和塑性可通过拉伸试验来测定。金属材料强度与塑性的新旧标准名称和符号对照见表1-1。

表1-1 金属材料强度与塑性的新旧标准名称和符号对照(https://www.daowen.com)

①对于比例试样，若原始标距不为（S₀为平行长度的原始横截面积），符号A应附以下脚注说明所使用的比例系数，如A_11.3表示原始标距为的断后伸长率。对于非比例试样，符号A应附以下脚注说明所使用的原始标距，以毫米（mm）表示，如A_80mm表示原始标距为80mm的断后伸长率。

3.强度判据

强度一般用拉伸曲线上所对应某点的应力来表示。

（1）屈服强度金属材料出现屈服现象时，在试验期间产生塑性变形而拉伸力不增加的应力点。应区分上屈服强度和下屈服强度。其计算公式为

式中 F_eH——发生屈服而力首次下降前的最大力（N）；

F_eL——屈服期间不计初始瞬时效应时的最小力（N）；

S₀——试样原始横截面积（mm²）。

高碳钢、铸铁等材料拉伸时，不产生明显屈服现象，可用规定残余延伸强度R_r表示，如R_r0.2表示规定残余伸长率达0.2%时的强度值，如图1-2b所示。

（2）抗拉强度（R_m）拉伸试验时，相应最大拉伸力时的应力，也表示材料能够承受的最大应力值。其计算公式为

式中 F_m——最大拉伸力（N）；

S₀——试样原始横截面积（mm²）。

屈服强度和抗拉强度均是金属材料的重要性能判据，但由于一般机械零件或工具使用时，所受应力要求小于屈服强度，若超过屈服强度，则会引起明显塑性变形，导致零件或工具失效，因此屈服强度是选材与设计的主要依据。若零件或工具所受应力大于抗拉强度，则会发生断裂而造成事故。

工程上把屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比。其值越高，则强度的利用率越高，一般材料的屈强比以0.75为宜。